קונדנסטים של Bose-Einstein הם פלטפורמה אידיאלית לחקור תופעות דינמיות המתעוררות בגבול רב הגוף. ענן של אטומים בודדים במצב זה מתנהג באופן קולקטיבי כנוזל יחיד. הנוזל הקוונטי הזה יכול לזרום ללא התנגדות - הוא סופר נוזלי.
שני נוזלי-על יכולים להתקיים בו-זמנית בעננים אטומיים קרים במיוחד. עד כה לא ניתן היה לצפות בדו-קיום שלהם בניסוי. עכשיו, לעומת זאת, פיזיקאים מ אוניברסיטת היידלברג הדגימו נוזל קוונטי מגנטי כזה - הוא נוזל בשתי דרכים - ב- an גז אטומי.
מרקוס אוברטהלר, חוקר מכון קירכהוף לפיזיקה, מסביר, "בעשורים האחרונים נוצרו קונדנסטים אטומיים של Bose-Instein מסוגים שונים מאוד של אטומים כמו נתרן ורובידיום, אך לאחרונה גם מאטומים "אקזוטיים" יותר כמו ארביום ודיספרוסיום".
"רוב האטומים האלה גם מציגים דרגות פנימיות של חופש - יש להם ספין ומתנהגים כמו מגנטים קטנים. זה יכול, באופן עקרוני, להוליד גם את התופעה של עיבוי Bose-Instein, אבל זה עדיין לא נצפה בניסוי. ההדגמה הזו אפשרית כעת עם ענן קר במיוחד של אטומי רובידיום".
השיטה הנקראת קירור באידוי משמשת בדרך כלל להכנת עיבוי Bose-Einstein. עבודה זו דומה לקירור קפה בכוס על ידי נשיפה עליו.
האטומים המהירים ביותר על פני הקפה מתפוצצים, ומחכים עד שהאטומים הנותרים מגיעים למנוחה בטמפרטורה קרירה יותר. זה קשה מאוד לספין, אז הפיזיקאים של היידלברג בחרו בשיטה אחרת.
ד"ר מקסימיליאן פרופר אמר, "אתחלנו את המערכת רחוק משיווי משקל וחיכינו עד שאטומי רובידיום יגיעו למצב חדש של שיווי משקל. מה שנראה בהתחלה פחות אינטואיטיבי התברר כיעיל ביותר".
המדענים השתמשו בטכניקות זיהוי והפרעות מיוחדות שנוצרו רק ליצירת ומעקב של מצב זה. הם שמו לב שהספין הפך גם לעל-נוזל יחד עם מידת החופש התנועתית. לפיכך, ישנן שתי דרכים שבהן נוזלים קוונטיים מגנטיים יכולים להפוך לנוזלים במיוחד.
מרקוס אוברטהלר, ראש קבוצת המחקר "מערכות קוונטיות סינתטיות", שהיא גם חלק מאשכול המצוינות של STRUCTURES של אוניברסיטת היידלברג, אמר, "שיטות המחקר החדשות שלנו מאפשרות לנו לא רק לאפיין את הקונדנסט אלא גם יאפשרו לנו להבין טוב יותר את הדרך מחוסר שיווי משקל למצב זה".
עיון ביומן:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et al. עיבוי ותרמיזציה של פרומגנט מטוס קל בגז ספינור Bose. נאט. פיז. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
